热岛的时空分布信息。 [0053]可以理解，地面温度反演的算法可以分为分裂窗算法、热惯量方法和温度、比辐射 率分离算法。本申请优选采用单窗算法对城市热岛变化进行研究。具体算法如图2。
[0054] 其中，亮温用以下算法:T6 = 0.12378+0.0054923DN，其中：T6为绝对亮温(K)，DN为 TM6图像灰度值。
[0055] Ts = [ a6 (1-C6-D6) + [ b6 (1-C6-D6) +C6+D6 ] T6-D6Ta ] /C6，式中，Ts、Ta 单位为 K，Ta 为大气平均温度;a6和b6为常量。
[0056] 步骤S150:根据所述时空分布信息分析城市热岛；
[0057]可以理解，城市景观格局演变反映了城市土地利用类型及其变化，而城市土地利 用/覆盖的变化跟城市热岛的形成息息相关，此外，城市景观格局对描述城市化过程和城市 扩展动态具有重要参考价值。
[0058] 以深圳为例，本研究利用景观指数法与整体分析、分区分析法相结合，研究深圳景 观格局。采用软件FRAGSTATS，计算斑块平均面积(MPS)、边界密度(edge density)(ED)、形 状指数（shape index，Shape)、周长面积比（perimeter-area ratio，PARA)、平均最近邻体 距离(ENN)、聚集度指数(Aggregation Index，AI)等描述城市景观变化。
[0059] 步骤S160:根据所述城市热岛提出城市景观建议。
[0060] 优选地，利用地理信息系统空间统计分析手段重点分析城市热岛与植被比例、水 体比例、植被指数、建筑负荷强度、硬化地表比例、人口密度、道路密度的时空相互作用关 系，提出城市景观建议。
[0061 ] 其中，硬化地表指数（Impervious surface index，简称为ISI)是指单位面积硬化 地表的面积比例。可从土地利用/覆盖图来估算硬化地表指数，将水体、植被、裸地合并，表 示非硬化地表，其它建筑物(建设用地）、道路桥梁等表示硬化地表，生成硬化地表二值图。 根据硬化地表指数将地物分为高密度城市用地HB(ISI>60%)，中等建设密度用地MB(40%〈 131〈60%)，低密度城市用地1^(10%〈151〈40%)以及低于10%的自然地表奶。这种分类方 式可以体现城市用地自然属性的差异，强调城市用地的水热条件差异和自然生态过程。 [0062]建筑负荷强度(Built Pressure)是建筑占地面积与建筑容积率的乘积。建筑密度 可以通过影像直接判读，建筑容积率的确定需要首先测算建筑总面积和该建筑物的占地 面积。对绝大部分单体建筑而言，由于每层楼平面面积相同，楼层数即是该建筑物的容积 率。楼层高度的计算是估算建筑容积率的关键，可从三维影像提取。建筑负荷强度的计算公 式如下：
[0063] BP = BDXh，其中BP是建筑负荷强度指数，BD是建筑密度，h为建筑高度。
[0064] 人口密度空间分布利用CLARK模型进行计算：
[0065] = 'u>，其中P(r)为人口密度，p0为城市特征半径内的人口密度，r为距城 市特征中心的距离，r0为城市特征半径。
[0066]可以理解，主成分回归分析利用GIS空间自回归模型进行，对高维变量系统进行最 佳地综合与简化，建立回归方程，能够客观地确定各个指标的权数，避免了主观随意性。 [0067]请参阅图3,本申请提供的一种城市热岛效应空间变化检测系统，包括:遥感影像 处理模块210、数据库构建模块220、城市专题图构建模块230、时空分布信息模块240、城市 热岛分析模块250及城市景观建议模块260。
[0068]其中，遥感影像处理模块210用于对城市遥感影像进行预处理;数据库构建模块 220用于构建城市遥感数据图像数据库;城市专题图构建模块230用于根据所述图像数据库 中获取目标城市的多种专题图；时空分布信息模块240用于根据所述专题图检测城市热岛 的时空分布信息;城市热岛分析模块250用于根据所述时空分布信息分析城市热岛;城市景 观建议模块260用于根据所述城市热岛提出城市景观建议。其详细的工作原理上述已有描 述，这里不再赘述。
[0069]本发明提供的城市热岛效应空间变化检测方法和系统，通过对处理后的城市遥感 影像构建城市遥感数据图像数据库，根据所述图像数据库中获取目标城市的多种专题图， 根据所述专题图检测城市热岛的时空分布信息，根据所述时空分布信息分析城市热岛，再 根据所述城市热岛提出城市景观建议，从而克服热岛效应空间分布与城市其他要素图层之 间的空间叠加算法难题，提高了城市热岛效应空间变化检测的准确性。
[0070]以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明 的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范 围之内。
【主权项】
1. 一种城市热岛效应空间变化检测方法，其特征在于，包括下述步骤： 步骤S110:对城市遥感影像进行预处理； 步骤S120:构建城市遥感数据图像数据库； 步骤S130:根据所述图像数据库中获取目标城市的多种专题图； 步骤S140:根据所述专题图检测城市热岛的时空分布信息； 步骤S150:根据所述时空分布信息分析城市热岛； 步骤S160:根据所述城市热岛提出城市景观建议。2. 根据权利要求1所述的城市热岛效应空间变化检测方法，其特征在于，步骤S110中， 所述遥感影像包括ETM、NOAA、MOD IS影像。3. 根据权利要求1所述的城市热岛效应空间变化检测方法，其特征在于，步骤S110中， 所述预处理包括遥感几何校正和图像辐射校正，所述遥感几何校正通过利用控制点改正原 始图像的几何变形，所述辐射校正通过消除多时相遥感中地物辐射差异的影响，使影像间 同一地物类型具有相同的辐射量。4. 根据权利要求1所述城市热岛效应空间变化检测方法，其特征在于，步骤S130中，根 据所述图像数据库中获取目标城市的多种专题图，具体为： 采用光谱直接比较法和分类比较法，从所述图像数据库中提取变化地区，再对变化区 提取变化数量和类型信息，最后得到准确的城市地表景观的多种专题图。5. 根据权利要求4所述城市热岛效应空间变化检测方法，其特征在于，步骤S130中，所 述专题图包括地形地貌图、气候图、娱乐博彩场所分布图、巴士路线图、巴士站分布图、教堂 及庙宇分布图、公园分布图、主要景点及酒店分布图。6. 根据权利要求1所述的城市热岛效应空间变化检测方法，其特征在于，步骤S140中， 根据所述专题图检测城市热岛的时空分布信，具体包括下述步骤： 采用单窗算法对目标城市的多种专题图进行检测获取城市热岛的时空分布信息。7. 根据权利要求1所述的城市热岛效应空间变化检测方法，其特征在于，步骤S150中， 根据所述时空分布信息分析城市热岛，具体为:采用软件FRAGSTATS，根据时空分布信息计 算斑块平均面积、边界密度、形状指数、周长面积比、平均最近邻体距离、聚集度指数描述城 市景观变化。8. 根据权利要求1所述的城市热岛效应空间变化检测方法，其特征在于，步骤S160中， 根据所述城市热岛提出城市景观建议，具体为： 利用地理信息系统空间统计分析手段重点分析城市热岛与植被比例、水体比例、植被 指数、建筑负荷强度、硬化地表比例、人口密度、道路密度的时空相互作用关系，提出城市景 观建议。9. 一种城市热岛效应空间变化检测系统，其特征在于，包括： 遥感影像处理模块，用于对城市遥感影像进行预处理； 数据库构建模块，用于构建城市遥感数据图像数据库； 城市专题图构建模块，用于根据所述图像数据库中获取目标城市的多种专题图； 时空分布信息模块，用于根据所述专题图检测城市热岛的时空分布信息； 城市热岛分析模块，用于根据所述时空分布信息分析城市热岛； 城市景观建议模块，用于根据所述城市热岛提出城市景观建议。
【专利摘要】本发明提供的城市热岛效应空间变化检测方法和系统，通过对处理后的城市遥感影像构建城市遥感数据图像数据库，根据所述图像数据库中获取目标城市的多种专题图，根据所述专题图检测城市热岛的时空分布信息，根据所述时空分布信息分析城市热岛，再根据所述城市热岛提出城市景观建议，从而克服热岛效应空间分布与城市其他要素图层之间的空间叠加算法难题，提高了城市热岛效应空间变化检测的准确性。
【IPC分类】G06K9/00, G06F17/30
【公开号】CN105678225
【申请号】CN201511015439
【发明人】钱静, 彭树宏, 易琳, 陈会娟
【申请人】中国科学院深圳先进技术研究院
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年12月29日